DIPマイコンLPC1114FNでmbed入門

Ledマトリックスで遊びましょう　～その２数字の「０」を一文字表示～

mbed　LPC1114FN（以後、1114FN）は安価に購入できて、mbedクラウド開発環境を使ってプログラムを開発することができるマイコンです。1114FNを使って、8×8ドット＝64個のLEDを使ったLEDマトリックスに文字を表示します。最初は単純な1文字表示に挑戦します。うまくできたら、流れる文字やマトリックスユニットを増やします。

注)　mbed　LPC1114FNは発売からずいぶん経過しており、
Arm社が提供する「Mbed OS」および「Mbedプラットフォーム」は、2026年7月をもって完全にサポートを終了します。期間終了後はウェブサイトがアーカイブされ、オンラインでのプロジェクトビルドやコンパイルは一切できなくなります。回路図やプログラムは参考資料として公表します。

1枚のLEDマトリックスを使ったユニットは完成しましたか。今回はこのユニットに数字の「０」を一文字表示します。

○フォントについて

文字や数字を表示するにはフォントを作る必要があります。フォント製作用ツールやサイトがいくつかあります。ここでは次のサイトを利用させて頂きました。このサイトは製作したLEDマトリックスユニットの使用を想定しているようです。ただ、ターゲットとしているマイコンはArduinoと思われます。

http://xantorohara.github.io/led-matrix-editor/

このサイトで生成されるフォントは鏡文字のフォントです。左右が逆に配置されている点に注意して、プログラムを作成します。

○プログラムについて

■フォント定義部

一文字は、

8ビット×８行＝64ビット＝16進数16桁

（1行8ビット＝1バイト＝16進数2桁）

で定義します。

0x7e1818181c181800　これで一文字分です。

■数字の定義

「０」は左右対称となっており、普通文字と鏡文字の違いがわかりにくので「１」を例として説明します。

数字「１」のフォントは次のビット配置です。点灯するビット＝１とします。


１　　００００００００
２　　０００１１０００
３　　０００１１０００
４　　００１１１０００
５　　０００１１０００
６　　０００１１０００
７　　０００１１０００
８　　０１１１１１１０

鏡文字なので、左右を反転します。


１　　００００００００
２　　０００１１０００
３　　０００１１０００
４　　０００１１１００
５　　０００１１０００
６　　０００１１０００
７　　０００１１０００
８　　０１１１１１１０

１行を16進数２桁に変換すると、


１　００
２　１８
３　１８
４　１C
５　１８
６　１８
７　１８
８　７E

これを8行目から並べると、


７E　１８　１８　１８　１C　１８　１８　００　＝0x7e1818181c181800

が「１」のフォントデータです。

これを各文字ごとに準備して、配列に定義します。

数字やアルファベットはこのサイトに準備されているフォントを利用させて頂いています。その他、必要なフォントは筆者が制作しています。


const uint64_t moji_font[] = {// bold font , kagami moji font
        0x3c66666e76663c00,//0~9
        0x7e1818181c181800,
        0x7e060c3060663c00,
        0x3c66603860663c00,
        0x30307e3234383000,
        0x3c6660603e067e00,
        0x3c66663e06663c00,
        0x1818183030667e00,
        0x3c66663c66663c00,
        0x3c66607c66663c00,
    };

■フォントデータロード

bitsum[i][j]　i:i番目の文字、j：０～７行目のマトリックス表示データ

（１）フォントデータを配列から読み出して、LEDマトリックスに表示できるように行単位で重みを付けて足します。


行 　　　　　　　　　　重み
１　　００００００００　１
２　　０００１１０００　２
３　　０００１１０００　４
４　　０００１１１００　８
５　　０００１１０００　１６
６　　０００１１０００　３２
７　　０００１１０００　６４
８　　０１１１１１１０　１２８

　　　１２３４５６７８　列

（２）各行ごとに重みをつけます。

1行目のデータビット列に１があるビットに２＾０＝１をかけて列１～８毎に足します。
2行目のデータビット列に１があるビットに２＾１＝２をかけて列１～８毎に足します。
・・・
８行目のデータビット列に１があるビットに２＾７＝１２８をかけて列１～８毎に足します。


行
１　　００００００００　１　　　　　０　０　　　０　　　０　　　０　　　０　　　０　　　０
２　　０００１１０００　２　　　　　０　０　　　０　　　２　　　２　　　０　　　０　　　０
３　　０００１１０００　４　　　　　０　０　　　０　　　４　　　４　　　０　　　０　　　０
４　　０００１１１００　８　　　　　０　０　　　０　　　８　　　８　　　８　　　０　　　０
５　　０００１１０００　１６　　　　０　０　　　０　　　１６　　１６　　０　　　０　　　０
６　　０００１１０００　３２　　　　０　０　　　０　　　３２　　３２　　０　　　０　　　０
７　　０００１１０００　６４　　　　０　０　　　０　　　６４　　６４　　０　　　０　　　０
８　　０１１１１１１０　１２８　　　０　１２８　１２８　１２８　１２８　１２８　１２８　０

（３）列ごとに足すと下記のようになります→


０　１２８　１２８　２５４　２５４　１３６　１２８　０

４）このデータが、bitsum[0][0～７] に格納されます。


while(1){
       
        i=0;//今回は一文字目なのでi=0とする
            moji1=moji_font[0];//　「０」のデータをロードする
            for(j=0;j<8;j++){　//　ビット配列を初期化する
                bitsum[i][j]=0;
            }
            for(j=0;j<8;j++){　//　８行処理する
                bit1gyou=moji1 & 0xff;　//　一番右の2バイト＝1行分を取り出す
                for(k=0;k<8;k++){// kagamimoji no font　//　8ビット処理する
                //for(k=8;k>=1;k--){ // futuu no font　//　1ビットずつ重みをつけて足す
                    bitsum[i][k]=bitsum[i][k]+(bit1gyou & 0x01)*pow((double)2,(double)(j));
                    bit1gyou=bit1gyou >> 1;　//次のビットを取り出す
                 }//i
                 moji1=moji1 >> 8; 
            }//j
        
        k=0;

■フォントデータ変換

後で実現するスクロール表示に備えて、二次元配列bitsum[0][0～７]を一次元配列bitline[0～7]に変換します。


i=0;
            for(j=0;j<8;j++){
                bitline[k]=bitsum[i][j];
                k++;
            }

■フォントデータ表示

先ほどのデータ　０　１２８　１２８　２５４　２５４　１３６　１２８　０　をmaxSingle()関数に入れて、LEDマトリックスを点灯します。直接関数に数字を入れると次のようになります。


maxSingle(1,0);
        maxSingle(2,128);
        maxSingle(3,128);
        maxSingle(4,254);
        maxSingle(5,254);
        maxSingle(6,136);
        maxSingle(7,128);
        maxSingle(8,0);

実際には下のようにbitline()に入れてLEDマトリックスを点灯します。この関数を使うのは、後の課題で文字をスクロールさせるプログラムに対応しやすいためです。


led=ON;//LEDマトリックス点灯
        maxSingle(1,bitline[0]);
        maxSingle(2,bitline[1]);
        maxSingle(3,bitline[2]);
        maxSingle(4,bitline[3]);
        maxSingle(5,bitline[4]);
        maxSingle(6,bitline[5]);
        maxSingle(7,bitline[6]);
        maxSingle(8,bitline[7]);
        wait(0.1);
        
        led=OFF;//LEDマトリックス消灯
        maxSingle(1,0);
        maxSingle(2,0);
        maxSingle(3,0);
        maxSingle(4,0);
        maxSingle(5,0);
        maxSingle(6,0);
        maxSingle(7,0);
        maxSingle(8,0);
        wait(0.1); 
                       
    }//while
}//main

■プログラム全体

プログラム全体です。インクルードしているのはmbed.hのみなので、他のマイコンへも移植しやすいかと思います。


// LedMatrix  1mai 

#include "mbed.h"
 
DigitalOut led(dp28);

// spi(mosi,miso,sck)
SPI max72_spi(dp2, NC, dp6);
DigitalOut load(dp14);//spi load

// CPU       MT7219
// dp1 mosi(Master In Salve Out) =>   DIN
// dp2 miso(Master OutSlave)   =>   nc
// dp6 sck (Serial Clock) =>   clk
// dp14 =>(Slave Select) load
 
int maxInUse = 1;    //change this variable to set how many MAX7219's you'll use
 
// define max7219 registers
#define max7219_reg_noop         0x00
#define max7219_reg_digit0       0x01
#define max7219_reg_digit1       0x02
#define max7219_reg_digit2       0x03
#define max7219_reg_digit3       0x04
#define max7219_reg_digit4       0x05
#define max7219_reg_digit5       0x06
#define max7219_reg_digit6       0x07
#define max7219_reg_digit7       0x08
#define max7219_reg_decodeMode   0x09
#define max7219_reg_intensity    0x0a
#define max7219_reg_scanLimit    0x0b
#define max7219_reg_shutdown     0x0c
#define max7219_reg_displayTest  0x0f
 
#define LOW 0
#define HIGH 1
#define MHZ 1000000
#define ON 1
#define OFF 0

void maxSingle( int reg, int col) {
//maxSingle is the "easy"  function to use for a
//single max7219
    load = LOW;            // begin
    max72_spi.write(reg);  // specify register
    max72_spi.write(col);  // put data
    load = HIGH;           // make sure data is loaded (on rising edge of LOAD/CS)
}
 
void maxAll (int reg, int col) {    // initialize  all  MAX7219's in the system
    load = LOW;                    // begin
    for ( int c=1; c<= maxInUse; c++) {
        max72_spi.write(reg);  // specify register
        max72_spi.write(col);  // put data
    }
    load = HIGH;
}
 
void maxOne(int maxNr, int reg, int col) {
//maxOne is for adressing different MAX7219's,
//while having a couple of them cascaded
    int c = 0;
    load = LOW;
 
    for ( c = maxInUse; c >= maxNr; c--) {
        max72_spi.write(0);  // no-op
        max72_spi.write(0);  // no-op
    }
 
    max72_spi.write(reg);  // specify register
    max72_spi.write(col);  // put data
 
    for ( c=maxNr-1; c >= 1; c--) {
        max72_spi.write(0);  // no-op
        max72_spi.write(0);  // no-op
    }
    load = HIGH;
}
  
void setup () {
    // initiation of the max 7219
    // SPI setup: 8 bits, mode 0
    max72_spi.format(8, 0);
    
    // going by the datasheet, min clk is 100ns so theoretically 10MHz should work...
    // max72_spi.frequency(10*MHZ);
    
    maxAll(max7219_reg_scanLimit, 0x07);
    maxAll(max7219_reg_decodeMode, 0x00);  // using an led matrix (not digits)
    maxAll(max7219_reg_shutdown, 0x01);    // not in shutdown mode
    maxAll(max7219_reg_displayTest, 0x00); // no display test
    for (int e=1; e<=8; e++) {    // empty registers, turn all LEDs off
        maxAll(e,0);
    }
    maxAll(max7219_reg_intensity, 0x0f & 0x0f);    // the first 0x0f is the value you can set
    // range: 0x00 to 0x0f
} 
 
void led_flash(){
    int i;
    for(i=0;i<3;i++){
        led=ON;
        wait(0.1);
        led=OFF;
        wait(0.1);
    }
}

int main(void) {

    const uint64_t moji_font[] = {// bold font , kagami moji font
        0x3c66666e76663c00,//0~9
        0x7e1818181c181800,
        0x7e060c3060663c00,
        0x3c66603860663c00,
        0x30307e3234383000,
        0x3c6660603e067e00,
        0x3c66663e06663c00,
        0x1818183030667e00,
        0x3c66663c66663c00,
        0x3c66607c66663c00,
    };
    
    int i,j,k;
    uint8_t bitsum[1][8],bit1gyou,bitline[8];
    uint64_t moji1;
    
    setup();
    led_flash();
    wait(0.1);
    
    while(1){
       
        i=0;
            moji1=moji_font[0];
            for(j=0;j<8;j++){
                bitsum[i][j]=0;
            }
            for(j=0;j<8;j++){
                bit1gyou=moji1 & 0xff;
                for(k=0;k<8;k++){// kagamimoji no font
                //for(k=8;k>=1;k--){ // futuu no font
                    bitsum[i][k]=bitsum[i][k]+(bit1gyou & 0x01)*pow((double)2,(double)(j));
                    bit1gyou=bit1gyou >> 1;
                 }//i
                 moji1=moji1 >> 8; 
            }//j
        
        k=0;
        i=0;
            for(j=0;j<8;j++){
                bitline[k]=bitsum[i][j];
                k++;
            }
            
        
        led=ON;
        maxSingle(1,bitline[0]);
        maxSingle(2,bitline[1]);
        maxSingle(3,bitline[2]);
        maxSingle(4,bitline[3]);
        maxSingle(5,bitline[4]);
        maxSingle(6,bitline[5]);
        maxSingle(7,bitline[6]);
        maxSingle(8,bitline[7]);
        wait(0.1);
        
        led=OFF;
        maxSingle(1,0);
        maxSingle(2,0);
        maxSingle(3,0);
        maxSingle(4,0);
        maxSingle(5,0);
        maxSingle(6,0);
        maxSingle(7,0);
        maxSingle(8,0);
        wait(0.1); 
                       
    }//while
}//main

〇パブリック

下記のURLにてPabulicしています。
https://developer.mbed.org/users/takeuchi/code/20160505_V12_LedMatrix/

次回もLEDマトリックスのプログラムが続きます。

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